Mitkä ovat Cilia & Flagellan tärkeimmät toiminnot?

Cilia ja flagella ovat kaksi erityyppistä mikroskooppista liitettä soluissa. Ciliaa esiintyy sekä eläimissä että mikro-organismeissa, mutta ei useimmissa kasveissa. Lippuja käytetään liikkuvuuteen bakteereissa sekä eukaryoottien sukusoluissa. Sekä ripset että liput palvelevat liikkumistoimintoja, mutta eri tavoin. Molemmat luottavat dyneiiniin, joka on moottoriproteiini, ja mikrotubuluksiin toimiakseen.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Cilia ja flagella ovat solujen organelleja, jotka tuottavat työntövoimaa, aistilaitteita, puhdistumismekanismeja ja lukuisia muita tärkeitä toimintoja elävissä organismeissa.

Cilia oli ensimmäinen löydetty organelli, jonka Antonie van Leeuwenhoek löysi 1700-luvun lopulla. Hän havaitsi liikkuvia (liikkuvia) säleitä, "pieniä jalkoja", joiden hän kuvasi asuvan "eläinpakkauksissa" (todennäköisesti alkueläimissä). Ei-liikkuvat ripset havaittiin paljon myöhemmin paremmilla mikroskoopeilla. Suurin osa silmäosista on eläimissä, melkein kaikentyyppisissä soluissa, jotka ovat säilyneet useissa evoluutioissa olevissa lajeissa. Joitakin silmukoita löytyy kuitenkin kasveista sukusolujen muodossa. Silmät valmistetaan mikrotubuleista järjestelyssä, jota kutsutaan sikiöaksonemiksi ja jonka peittää plasmakalvo. Solurunko valmistaa sädeproteiineja ja siirtää ne aksonemin kärkeen; tätä prosessia kutsutaan solunsisäiseksi tai solunsisäiseksi kuljetukseksi (IFT). Tällä hetkellä tutkijat ajattelevat, että noin 10 prosenttia ihmisen genomista on omistettu silmille ja niiden syntymiselle.

Cilia vaihtelee välillä 1-10 mikrometriä. Nämä hiusmaiset lisäelementit toimivat solujen siirtämiseksi ja materiaalien siirtämiseksi. Ne voivat siirtää nesteitä vesilajeille, kuten simpukoille, ruoan ja hapen kuljettamisen mahdollistamiseksi. Cilia auttaa hengittämään eläinten keuhkoissa estämällä roskien ja mahdollisten taudinaiheuttajien tunkeutumisen kehoon. Cilia on lyhyempi kuin lippu ja keskittyy paljon enemmän. Heillä on taipumus liikkua nopealla aivohalvauksella melkein samaan aikaan ryhmässä, mikä muodostaa aaltovaikutuksen. Cilia voi myös auttaa eräiden alkueläinten liikkumisessa. Killatyypit ovat kahdentyyppisiä: liikkuvat (liikkuvat) ja liikkumattomat (tai ensisijaiset) säleet, ja molemmat toimivat IFT-järjestelmien kautta. Liikkuvat ripset asuvat hengitysteissä ja keuhkoissa sekä korvan sisällä. Ei-liikkuvat ripset asuvat monissa elimissä.

Flagella ovat lisäyksiä, jotka auttavat siirtämään bakteereja ja eukaryoottien sukusoluja sekä joitain alkueläimiä. Flagella on taipumus olla yksittäinen, kuten häntä. Ne ovat tyypillisesti pidempiä kuin silmä. Prokaryooteissa flagella toimii kuin pienet pyörivät moottorit. Eukaryooteissa ne tekevät tasaisempia liikkeitä.

Cilia pelaa rooleja solusyklissä sekä eläinten kehityksessä, kuten sydämessä. Cilia antaa valikoivasti tiettyjen proteiinien toimivan oikein. Cilia on myös rooli solukommunikaatiossa ja molekyylikaupassa.

Liikkuvilla säleillä on yhdeksän ulomman mikroputkiparin 9 + 2-järjestely sekä kahden mikrotubuluksen keskusta. Liikkuvat siilot käyttävät rytmistä aaltoilua aineiden pyyhkimiseen, kuten lian, pölyn, mikro-organismien ja liman puhdistamiseen, sairauksien estämiseksi. Siksi niitä on hengitysteiden vuorauksissa. Liikkuvat ripset voivat sekä havaita että siirtää solunulkoista nestettä.

Ei-liikkuva tai primaarinen silmä ei vastaa samaa rakennetta kuin liikkuva silmä. Ne on järjestetty yksittäisiksi lisämikrotubuleiksi ilman mikrotubulien keskirakennetta. Heillä ei ole dyneiiniaseita, joten niiden yleinen liikkumattomuus. Monien vuosien ajan tiedemiehet eivät keskittyneet näihin primaarisiin kiiltoihin, ja siksi he tiesivät vähän niiden toiminnoista. Ei-liikkuvat ripset toimivat aistien laitteena soluille, jotka havaitsevat signaalit. Heillä on ratkaiseva rooli aistien neuroneissa. Munuaisista ei löydy liikakalvoja virtsan virtauksen havaitsemiseksi sekä verkkokalvon fotoreseptoreiden silmissä. Valoreseptoreissa ne toimivat kuljettamaan elintärkeitä proteiineja fotoreseptorin sisäosasta ulommaan segmenttiin; ilman tätä toimintoa valoreseptorit kuolevat. Kun ripset havaitsevat nestevirtauksen, se johtaa solujen kasvumuutoksiin.

Cilia tarjoaa enemmän kuin vain puhdistuma ja aistitoiminnot. Ne tarjoavat myös elinympäristöjä tai rekrytointialueita eläinten symbioottisille mikrobiomeille. Vesieläimissä, kuten kalmarissa, nämä liman epiteelikudokset voidaan havaita suoremmin, koska ne ovat yleisiä eivätkä ole sisäpintoja. Isäntäkudoksissa on kaksi erityyppistä silmäpopulaatiota: toisessa pitkät silmät, jotka aaltoilevat pienet hiukkaset, kuten bakteerit, mutta poissulkevat suuremmat, ja lyhyemmät sykkivät ripset, jotka sekoittavat ympäristöä nesteitä. Nämä siliat pyrkivät rekrytoimaan mikrobiomien symbionteja. Ne työskentelevät alueilla, jotka siirtävät bakteereja ja muita pieniä hiukkasia suojaisille alueille, samalla sekoittamalla nesteitä ja helpottamalla kemiallisia signaaleja, jotta bakteerit voivat asuttaa halutun alueen. Siksi silmät työskentelevät bakteerien suodattamiseksi, puhdistamiseksi, paikallistamiseksi, valitsemiseksi ja yhdistämiseksi ja ripustettujen pintojen tarttuvuuden hallitsemiseksi.

Silian on myös havaittu osallistuvan ektosomien vesikulaariseen eritykseen. Tuoreempi tutkimus paljastaa silmän ja solujen väliset vuorovaikutukset, jotka voisivat antaa käsityksen solukommunikaatiosta sekä sairauksista.

Flagella löytyy prokaryooteista ja eukaryooteista. Ne ovat pitkiä filamentin organelleja, jotka on valmistettu useista proteiineista ja jotka ulottuvat jopa 20 mikrometrin pituisiksi bakteerien pinnasta. Tyypillisesti flagella on pidempi kuin silmä ja tarjoaa liikettä ja työntövoimaa. Bakteeri-flagella-filamenttimoottorit voivat pyöriä jopa 15 000 kierrosta minuutissa (rpm). Lippujen uimakyky auttaa niiden toimintaa, olipa kyse ruoan ja ravinteiden etsimisestä, lisääntymisestä tai tunkeutumisesta isäntiin.

Prokaryooteissa, kuten bakteereissa, flagella toimii työntömekanismeina; ne ovat tärkein tapa bakteereille uida nesteiden läpi. Bakteerien lipukkeessa on vääntömomentilla varustettu ionimoottori, koukku, joka välittää moottorin vääntömomentin, ja filamentti, tai pitkä hännän kaltainen rakenne, joka liikuttaa bakteeria. Moottori voi kääntyä ja vaikuttaa hehkulangan käyttäytymiseen muuttamalla bakteerin kulkusuuntaa. Jos lippu liikkuu myötäpäivään, se muodostaa superkäämin; useat liput voivat muodostaa nipun, ja nämä auttavat kuljettamaan bakteeria suoralla tiellä. Päinvastaisella tavalla käännettynä hehkulanka tekee lyhyemmän superkäämin ja flagellapaketti irtoaa, mikä johtaa kaatumiseen. Suuren resoluution puuttumisen vuoksi tutkijat käyttävät tietokonesimulaatioita ennustamaan lippulaivaliikettä.

Nesteen kitkan määrä vaikuttaa siihen, miten filamentti kelautuu. Bakteerit voivat isännöidä useita lippuja, kuten Escherichia coli. Flagella antaa bakteerien uida yhteen suuntaan ja kääntyä sitten tarpeen mukaan. Tämä toimii pyörivän, kierteisen lipun kautta, joka käyttää erilaisia ​​menetelmiä, mukaan lukien työntö- ja vetosyklit. Toinen liikkumismenetelmä saavutetaan käärimällä solurunko nipussa. Tällä tavalla lippu voi myös auttaa kääntämään liikettä. Kun bakteerit kohtaavat haastavia tiloja, ne voivat muuttaa asemaansa antamalla lippunsa konfiguroida tai purkaa niput. Tämä polymorfinen tilasiirtymä sallii erilaiset nopeudet, työntö- ja vetotilojen ollessa tyypillisesti nopeammat kuin käärittyjen tilojen. Tämä auttaa eri ympäristöissä; esimerkiksi kierukkapaketti voi siirtää bakteerin viskoosialueilla korkkiruuvivaikutuksella. Tämä auttaa bakteerien etsinnässä.

Liput tarjoavat liikkeen bakteereille, mutta tarjoavat myös mekanismin patogeenisille bakteereille auttaakseen isäntien asuttamista ja siten tartuntojen siirtämistä. Flagella ankkuroi bakteerit pintoihin kiertämällä ja kiinnittämällä. Flagella toimii myös siltana tai telineenä tarttumiseen isäntäkudokseen.

Eukaryoottiset liput eroavat koostumukseltaan prokaryooteista. Eukaryoottien liput sisältävät paljon enemmän proteiineja ja niillä on jonkin verran samankaltaisuutta liikkuvien siilojen kanssa samoilla yleisillä liike- ja kontrollimalleilla. Lippuja ei käytetä vain liikkumiseen, vaan myös solujen ruokinnan ja eukaryoottisen lisääntymisen tukemiseen. Flagella käyttää solunsisäistä kuljetusta, joka on proteiinikompleksin kuljetus, jota tarvitaan flagellien liikkuvuutta antaville signalointimolekyyleille. Lippuja esiintyy mikroskooppisilla organismeilla, kuten Mastigophora-alkueläimillä, tai ne voivat esiintyä suurempien eläinten sisällä. Monilla mikroskooppisilla loisilla on myös flagella, mikä helpottaa niiden kulkemista isäntäorganismin läpi. Näiden protista loisten lipukkeessa on myös paraflagellaarinen sauva tai PFR, joka auttaa kiinnittymään vektoreihin, kuten hyönteisiin. Joitakin muita esimerkkejä lipukasta eukaryooteissa ovat sukusolujen kuten siittiöiden hännät. Flagellaa löytyy myös sienistä ja muista vesilajeista; näiden olentojen lippu auttaa siirtämään vettä hengitystä varten. Eukaryoottiset liput toimivat myös melkein pieninä antenneina tai aistinvaraisina organelleina. Tutkijat ovat vasta alkaneet ymmärtää eukaryoottisten lippujen toiminnan laajuutta.

Viimeaikaiset tieteelliset havainnot ovat havainneet, että sikiöihin liittyvät mutaatiot tai muut viat aiheuttavat useita sairauksia. Näitä ehtoja kutsutaan sikiopatioiksi. Ne vaikuttavat syvästi yksilöihin, jotka kärsivät niistä. Joitakin sikiopatioita ovat kognitiiviset häiriöt, verkkokalvon rappeuma, kuulon heikkeneminen, anosmia (hajuaistin menetys), kraniofaciaaliset poikkeavuudet, keuhko ja hengitystiet poikkeavuudet, vasemman ja oikean puolen epäsymmetria ja niihin liittyvät sydänviat, haiman kystat, maksasairaus, hedelmättömyys, polydaktyly ja munuaispoikkeamat, kuten kystat toiset. Lisäksi joillakin syöpillä on yhteys kiliopatioihin.

Jotkut munuaissairaudet, jotka liittyvät sidekudoksen toimintahäiriöön, sisältävät nefronoftiisin ja sekä autosomaalisen hallitsevan että autosomaalisen resessiivisen monirakkulatauti. Häiriöinen kilia ei voi pysäyttää solujen jakautumista, koska virtsavirtausta ei havaita, mikä johtaa kystan kehittymiseen.

Kartagenerin oireyhtymässä dyneiinivarren toimintahäiriö johtaa hengitysteiden tehottomaan puhdistumiseen bakteereista ja muista aineista. Tämä voi johtaa toistuviin hengitystieinfektioihin.

Bardet-Biedlin oireyhtymässä silmän epämuodostumat johtavat verkkokalvon rappeutumiseen, polydaktylyyn, aivojen häiriöihin ja liikalihavuuteen.

Ei-perinnölliset sairaudet voivat johtua silmän vahingoittumisesta, kuten savuketähteistä. Tämä voi johtaa keuhkoputkentulehdukseen ja muihin ongelmiin.

Taudinaiheuttajat voivat myös ohjata bakteerien normaalia symbioottista kasvattamista silmäillä, kuten Bordetella-lajien kanssa, jotka aiheuttaa silmänrytmien vähenemisen ja antaa siten taudinaiheuttajan kiinnittyä substraattiin ja johtaa ihmisen infektioon hengitysteihin.

Useat bakteeri-infektiot liittyvät flagellan toimintaan. Esimerkkejä patogeenisistä bakteereista ovat Salmonella enterica, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa ja Campylobacter jejuni. Useita vuorovaikutuksia tapahtuu, jotka johtavat bakteerit tunkeutumaan isäntäkudoksiin. Flagella toimii sitovina koettimina ja etsii ostoa isäntäsubstraatille. Jotkut fytobakteerit käyttävät lippuaan tarttumaan kasvikudoksiin. Tämä johtaa hedelmien ja vihannesten kaltaisista tuotteista toissijaisiksi isännöiksi ihmisille ja eläimille tarttuville bakteereille. Yksi esimerkki on Listeria monocytogenes ja tietysti E. coli ja Salmonella ovat pahamaineisia ruokaa aiheuttavia sairauksia.

Helicobacter pylori käyttää lippuaan uidakseen liman läpi ja tunkeutuen vatsan limakalvoon välttäen suojaavan mahahapon. Limakalvot toimivat immuunipuolustuksena tällaisen hyökkäyksen ansaan sitomalla flagellaa, mutta jotkut bakteerit löytävät useita tapoja välttää tunnistamista ja sieppaamista. Flagellan filamentit voivat hajota niin, että isäntä ei tunnista niitä, tai niiden ilme ja liikkuvuus voidaan kytkeä pois päältä.

Kartagenerin oireyhtymä vaikuttaa myös flagellaan. Tämä oireyhtymä häiritsee mikrotubulusten välisiä dyneiinivarret. Tuloksena on hedelmättömyys johtuen siittiösoluista, joilta puuttuu propulsi, jota tarvitaan lipukasta uimaan muniin ja hedelmöittämään.

Kun tutkijat oppivat lisää silmä- ja lipputaudeista ja selvittävät edelleen rooliaan organismeissa, tulisi noudattaa uusia lähestymistapoja sairauksien hoitoon ja lääkkeiden valmistamiseen.